面试题：容器化环境中，怎样通过镜像签名与验证机制保障镜像安全？

Question

在大规模容器化部署的后端开发场景下，镜像签名与验证机制对于保障容器镜像安全至关重要。请详细描述镜像签名与验证的流程，包括涉及到的密钥管理、签名算法选择以及在不同容器编排工具（如Kubernetes）中如何配置和实施该机制。

Answer 1

镜像签名与验证流程

1. 镜像签名流程
   • 生成密钥对：使用工具（如 cosign）生成一对公私钥。私钥用于对镜像进行签名，需妥善保管；公钥用于后续验证签名。
   • 选择签名算法：常见的签名算法有 RSA、ECDSA 等。以 cosign 为例，默认使用 ECDSA 算法，也可指定 RSA 算法。
   • 签名操作：在构建好容器镜像后，利用私钥对镜像进行签名。例如使用 cosign sign 命令，指定私钥路径对镜像进行签名。签名信息会与镜像元数据相关联，存储在镜像仓库中。
2. 镜像验证流程
   • 获取公钥：验证者需要获取与签名私钥对应的公钥。这可以通过密钥管理系统（KMS）分发，或者从可信渠道获取。
   • 验证操作：在拉取和使用镜像前，利用公钥对镜像签名进行验证。例如使用 cosign verify 命令，指定公钥路径对镜像签名进行验证。如果验证通过，说明镜像在签名后未被篡改。

密钥管理

1. 存储：私钥应存储在安全的地方，如硬件安全模块（HSM）或云服务商提供的密钥管理服务（如 AWS KMS、Google Cloud KMS）。这些服务提供了安全的密钥存储和加密机制，防止私钥泄露。
2. 分发：公钥可以通过受信任的渠道分发，如配置在容器编排工具的相关配置文件中，或者通过内部的证书颁发机构（CA）进行管理和分发。

签名算法选择

1. RSA：成熟的算法，广泛应用于各种安全场景。具有较高的安全性，但签名和验证过程相对较慢，密钥长度较长。适用于对安全性要求极高，对性能要求不是特别苛刻的场景。
2. ECDSA：基于椭圆曲线密码学，签名和验证速度较快，密钥长度相对较短。在同等安全强度下，计算资源消耗较少。适合对性能有一定要求，同时保证安全性的容器镜像签名场景。

在 Kubernetes 中配置和实施该机制

1. 配置 ImagePolicyWebhook：Kubernetes 可通过 ImagePolicyWebhook 进行镜像签名验证。
   • 部署验证服务：编写一个验证服务，接收 Kubernetes 发送的镜像验证请求，利用公钥验证镜像签名。例如，可以使用 cosign 库在服务中实现验证逻辑。
   • 配置 ImagePolicyWebhook：在 Kubernetes 集群中配置 ImagePolicyWebhook 资源，指定验证服务的地址和端口。同时配置相关的认证和授权信息，确保验证服务与 Kubernetes 集群之间的通信安全。
2. 使用 Admission Controller：可以自定义准入控制器（Admission Controller）实现镜像签名验证。
   • 开发准入控制器：编写准入控制器代码，在准入请求中获取镜像信息，调用签名验证逻辑（如使用 cosign 验证镜像签名）。如果验证通过，允许镜像部署；否则拒绝。
   • 注册准入控制器：将开发好的准入控制器注册到 Kubernetes 集群中，使其在镜像拉取和部署时进行签名验证。

通过上述流程和配置，可以在 Kubernetes 等容器编排工具中有效实施镜像签名与验证机制，保障容器镜像的安全性。